DE64409C - Verfahren zur Darstellung von Alkalibezw. Erdalkalimetallen und der Hydroxyde derselben aus den entsprechenden Salzen mittelst Elektrolyse unter Anwendung von Quecksilber als Kathode - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Kathode.

Die Erfindung bezieht sich auf Neuerungen an Vorrichtungen, um Alkali- und Erdalkalimetalle sowie andere Producte von den Salzen dieser Metalle oder von anderen, diese Salze enthaltenden Stoffen zu trennen; diese Vorrichtungen dienen sonach z. B. zur Abscheidung von Natrium und Natriumhydroxyd aus Chlornatrium oder aus den Natron enthaltenden Abgangsfiüssigkeiten der Papierfabriken.

Es ist bekannt, dafs, wenn eine Lösung eines Alkali- oder Erdalkalichlorids der Elektrolyse unterworfen wird, eine Zersetzung eintritt, und dafs sich Chlor und Sauerstoff an der Anode und das Metall und der Wasserstoff an der Kathode der Zelle abscheiden, in welcher die Zersetzung vor sich geht. Es ist auch bekannt, dafs, wenn die Kathode aus Quecksilber besteht, das Metall und der Wasserstoff, welche in dem Quecksilber niedergeschlagen werden, ein Amalgam mit dem Quecksilber bilden. Bisher ist es dagegen als unmöglich erschienen, den elektrolytischen Procefs zu dem Zwecke anzuwenden, diese Metalle aus ihren Salzen oder anderen dieselben enthaltenden Stoffen abzuscheiden, weil die an der Kathode durch das Metall und den Wasserstoff erzeugte elektromotorische Gegenwirkung sich als derart stark erwies, dafs die zur Zersetzung der Lösungen und zur Abscheidung des Metalles erforderliche elektromotorische Kraft in gar keinem Verhä'ltnifs zu dem erzielten industriellen Ergebnifs stand.

Zweck der Erfindung ist nun, Vorrichtungen zu treffen, wodurch die Elektrolyse zur rationellen Gewinnung dieser Metalle oder Verbindungen derselben mit anderen Körpern aus Stoffen, welche dieselben enthalten, nutzbar gemacht werden kann, ohne dafs ein derart grofser Kraftaufwand erforderlich wird, wie er bei Anwendung der gewöhnlichen elektrolytischen Apparate nothwendig ist. Zu diesem Zwecke wird eine neue Anwendungsweise des Quecksilbers beobachtet, an welchem das Metall und der Wasserstoff an der Kathode niedergeschlagen werden. Diese Anwendungsweise besteht darin, dafs das Quecksilber in einen dünnen, ununterbrochenen Strom oder Streifen über die Fläche der Kathode fiiefsen gelassen wird (die eventuell selbst mit Quecksilber amalgamirt sein kann), während der elektrolytische Procefs vor sich geht, d. h. während das Metall in der in Bewegung befindlichen Quecksilberkathode niedergeschlagen wird. Das so vereinte Quecksilber und Metall bilden ein Amalgam, welches fortbewegt wird, während es doch noch einen Theil der Kathode bildet und noch der Einwirkung des elektrischen Stromes unterliegt, um in eine getrennte Kammer zu gelangen, aus welcher das Amalgam continuirlich oder von Zeit zu Zeit entfernt werden kann, um zur Abscheidung des Metalles oder des Metalles und Wasserstoffes weiter verarbeitet zu werden, während das hierbei erhaltene Quecksilber im Kreis-

procefs wieder zur Bildung der fliefsenden Kathode benutzt wird. Das Hydroxyd des Metalles, welches in der Zersetzungskammer oder Zelle gebildet und in Lösung erhalten wird, kann ebenfalls continuirlich oder periodisch mit dem abgegebenen Wasserstoffgas entfernt werden. Auf diese Weise wird das Metall continuirlich von der Oberfläche der Kathode entfernt, und der Widerstand, welcher durch das Wasserstoffgas und die erwähnte elektromotorische Gegenkraft des Metalles erzeugt wird, wird so weit vermindert, dafs die zur Zersetzung und zur Ueberwindung des Widerstandes nothwendige Kraft und elektromotorische Gegenkraft so wesentlich gegenüber der bei den bekannten Einrichtungen nothwendigen Kraftaufwendung reducirt wird, dafs die Anwendung des elektrolytischen Verfahrens nicht nur möglich gemacht wird, sondern zu sehr bemerkenswerthen ökonomischen Ergebnissen führt.

Der zur Nutzbarmachung der genannten fliefsenden Kathode dienende Apparat kann je nach den Verhältnissen eine verschiedene Ausbildung erhalten. Auf beiliegender Zeichnung ist als Beispiel eine solche Ausführungsform dargestellt, die sich als besonders geeignet und bequem erwiesen hat.

Fig. ι ist ein Verticalschnitt durch den elektrolytischen Apparat,

Fig. 2 der Grundrifs desselben.

Fig. 3 ist eine Querschnitt nach der Linie i-i von Fig. ι und

Fig. 4 und 5 sind Darstellungen etwas geänderter Ausführungen.

Ein verticaler Metallcylinder A, welcher an seiner Innenfläche zweckmäfsig mit Quecksilber in üblicher Weise amalgamirt ist, wird an seinem unteren Ende mit einem Ablafsrohr B versehen, das durch einen Hahn oder ein Ventil abschliefsbar oder mit einem Heber B¹ versehen ist, der mit einem geeigneten Gefäfs oder Reservoir communicirt, das auf der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das obere Ende dieses Cylinders ist bei C trichterförmig ausgebildet und nimmt das untere Ende eines zweiten Cylinders D auf. Ein enger ringförmiger Raum ist zwischen der Aufsenseite des inneren Cylinders D und der Innenseite des äufsefen A gelassen, so dafs, wenn Quecksilber von einem hochgestellten Behälter durch das Rohr E in diesen Trichter laufen gelassen wird, es durch diesen ringförmigen Raum geht und mit der amalgamirten Fläche des äufseren Cylinders A in Berührung kommt und verhältnifsmäfsig langsam über die amalgamirte Fläche fiiefst und durch den Auslafs B nach dem Aufnahmebehälter gelangt. Der genannte verticale Metallcylinder A bildet eine feststehende Kathodenkammer, welche durch eine Leitung A¹ mit einer Dynamomaschine oder anderen Elektricitätsquelle in Verbindung gebracht ist. Diese Kathodenkammer enthält eine geeignete Lösung, wie z. B. von Chlornatrium. In der Mitte dieses Kathodencylinders befindet sich eine Anode F, z. B. aus Kohle, die von einem Schlauch G umgeben wird, der z. B. aus dichtgewebtem Hanfgewebe oder anderem Textilstoff besteht und am unteren Ende zweckmäfsig geschlossen ist. Dieser Schlauch G wird zweckmäfsig mit Natriumsilicat behandelt, um die zerstörende Wirkung der Lösung auf den Schlauch mehr oder weniger auszuschliefsen. Die Kohlen- oder andere Anode F wird durch eine Leitung F¹ mit der Dynamomaschine etc. verbunden.

Die Anode kann aus einer Hohlspindel oder einem Rohr H bestehen, auf welches Kohlenringe gezogen sind, oder kann in anderer Weise von der Kohle F umschlossen werden. Der zu zersetzende Stoff, z. B. die Chlornatriumlösung , wird durch dieses Rohr H nach dem Boden des Schlauchrohres G geleitet, und wird, während er allmälig bis zum oberen Theil um die Aufsenfläche der Anode F hochsteigt, der elektrolytischen Einwirkung unterworfen, wobei der gröfste Theil des Natriums durch die Seitenwände des Schlauchrohres hindurch an die Kathode A tritt und die ihres Natriums mehr oder weniger beraubte Lösung an dem Rohr / nahe dem oberen Ende des Schlauchrohres G überfliefst und mit dem freigesetzten Chlorgas abzieht, um eventuell für irgend einen Zweck nutzbar gemacht zu werden; so kann z. B. die Lösung nach Verstärkung wieder in dem elektrolytischen Apparat benutzt werden. Die Lösung in dem Kathodencylinder A aufserhalb des Schlauches B wird allmälig mit Natriumhydrat geladen und kann continuirlich oder periodisch mit dem freigesetzten Wasserstoffgas durch das Rohr J aus dem oberen Theil des Kathoden·^ cylinders abgelassen werden; dabei wird Wasser durch das Rohr K auf dem entgegengesetzten Ende des Kathodencylinders eingelassen, um die Stelle der abgezogenen Natriumhydratlösung einzunehmen.

Um die Sammlung und Entfernung des Chlor- und Wasserstoffgases aus der Kathodenbezw. Anodenkammer zu erleichtern, können dieselben mit Deckeln versehen werden, die Auslafsrohre erhalten, welche zu geeigneten Kammern oder Gasbehältern führen.

Es wird zuweilen die Kathode von der Anode durch gewöhnliches poröses Material anstatt durch das gewebte Schlauchrohr getrennt, und wenn dieser poröse Cylinder eine derartige Länge erhalten mufs, dafs er mit Vortheil nicht aus einem Stück hergestellt werden kann, so wird er aus mehreren Theilen hergestellt, die über einander gestellt und

durch umgelegte Gummibänder etc. vereinigt werden.

Um den Niedergang des Quecksilbers über der Kathodenfläche A zu verzögern und dazu beizutragen, dafs letztere constant amalgamirt bleibt, kann die Kathode mit horizontalen Wellen oder Rippen versehen werden, wie aus Fig. 4 ersichtlich; jede Rippe A² bildet einen Falz, welcher einen kleinen Theil Quecksilber enthält, der durch das Quecksilber, das über die Kante niederrieselt, allmä'lig fortgewaschen wird. Auf diese Weise wird die Zeit des Niederganges des Quecksilbers und Amalgams von dem oberen Theil nach dem Boden der Kathode erheblich verlängert. Es ist zu bemerken, dafs die Kathodenkammer A eine rechteckige oder andere geeignete Gestalt anstatt der runden, in Fig. 2 und 3 dargestellten erhalten kann, und dafs dem Apparat statt der verticalen Lage eine unter einem beliebigen Winkel geneigte gegeben werden kann. Ebenso kann, anstatt das Quecksilber dem oberen Ende der Kathode zuzuführen und durch seine Schwere über die wirksame Fläche laufen zu lassen, die Kathode selbst durch irgend eine geeignete mechanische Vorrichtung bewegt werden, so dafs sich mit derselben eine dünne Schicht Quecksilber bewegt; eine solche Anordnung ist als Beispiel in Fig. 5 dargestellt. Hier ist A^B eine elektrolytische Zelle, die am Boden einen Behälter hat, welcher Quecksilber j4⁴ enthält. Dieser Behälter kann mit einem Heber B¹ zur Abführung des Quecksilbers und Amalgams, wie bei dem Apparat Fig. i, versehen sein. F ist die Anode und G eine poröse Theilwand.' Die Kathode A besteht aus einem endlosen Bande, z. B. aus Kupferblech, welches über die Rolle A⁵ und unter die Rolle A⁶ führt; der untere Theil dieses Kupferbandes taucht in das Quecksilber ein. Die Rolle A^h wird in umlaufende Bewegung gesetzt und dadurch wird das Band A, dessen Oberfläche amalgamirt ist, durch das Quecksilber A⁴ gehen gelassen und eine dünne Schicht davon durch das Band mitgenommen; durch diese Einrichtung wird in derselben Weise wie durch das fliefsende Quecksilber (Fig. 1) das Metall und der Wasserstoff aufgenommen. Es kann eine geeignete Abstreichvorrichtung oder eine Bürste angeordnet werden, welche das überflüssige Quecksilber oder Amalgam von dem Bande bei Bewegung desselben entfernt. Dieses Band A kann gewellt sein, wie aus Fig. 4 ersichtlich, und die elektrische Verbindung desselben mit der Dynamomaschine oder anderen Elektricitätsquelle kann durch eine Contactbürste oder eine andere geeignete Vorrichtung bewerkstelligt werden. Die vorgenannten Apparatausführungen sind nur als Beispiel angeführt; es können natürlich auch andere Anordnungen des Apparates getroffen werden, welche die Anwendung einer fliefsenden oder beweglichen Quecksilberkathode möglich machen.

Durch die vorgenannten Anordnungen ist man in der. Lage die Kathode und Anode sehr nahe an einander zu bringen, so dafs die Lösungsschicht zwischen denselben verhältnifsmäfsig dünn ist; aus diesem Grunde wird der Widerstand der Flüssigkeit gegen den Durchgang des elektrischen Stromes auf ein Minimum beschränkt; aufserdem wird durch die sofortige Entfernung der geschwächten Lösung aus der Anodenzelle der Widerstand gegen den Durchtritt des Stromes durch die Flüssigkeit auf einem Minimum erhalten.

Durch Anwendung der fliefsenden Quecksilberkathode wird aber endlich auch die elektromotorische Gegenkraft, die eine Folge des an die Kathode abgegebenen Metalles und Wasserstoffes ist," ebenfalls auf ein Minimum reducirt.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Darstellung von Alkali- bezw. Erdalkalimetallen und der Hydroxyde derselben aus den entsprechenden Salzen, darin bestehend, dafs eine Lösung dieser Salze der Elektrolyse und Anwendung von Kathoden, welche mehr oder weniger aus einer fliefsenden oder bewegten Quecksilberschicht gebildet werden, unterworfen

. werden.

2. Das unter 1. geschützte Verfahren derart ausgeführt, dafs man das Quecksilber über die Fläche der Kathode fliefsen läfst oder letztere durch das Quecksilber hindurchführt.

3. Zur Ausführung des unter 1. und 2. geschützten Verfahrens ein elektrolytischer Zersetzungsapparat, dessen Kathoden mit horizontalen Wellen oder Rippen versehen sind, um ein längeres Verweilen des Quecksilbers auf der Kathode herbeizuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.